[发明专利]一种超宽频太赫兹波减反构件及超宽频太赫兹波吸收器

说明书

本发明提供了一种超宽频太赫兹波减反机构及超宽频太赫兹波吸收器，依据折射率渐变增透原理，将多层折射率顺序变化的复合材料层依次重叠组成减反机构，然后将其旋涂于低阻硅上。这一器件可以工作在太赫兹全频段(0.1～30THz)，大大的拓宽了之前的利用电磁超材料结构的周期排列的太赫兹吸收器的工作频宽；同时，由于减反机构可以在折射率为1.2～3.5的范围内任意调节，能够极大降低太赫兹波辐射的反射，并且此吸收器结构简单，制作方便，吸收率高，制作成本低。

技术领域

本发明属于太赫兹波吸收器领域，具体涉及一种超宽频太赫兹波减反构件及超宽频太赫兹波吸收器。

背景技术

近年来，随着太赫兹技术的高速发展，对太赫兹功能器件的工作频率提出了越来越高的要求，超宽频太赫兹器件在诸多的应用领域起到重要作用。

2008年，波士顿大学的N.I.Landy教授首先提出了基于电磁超材料的完美吸收器。这是一种基于超材料的电磁谐振吸收器，通过合理设计器件的物理尺寸及材料参数，能够与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而对入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现高效吸收。该吸收器共有3层结构，顶层是一个金属亚波长谐振环结构，中间夹一层介质层，底部为一金属条，底部的金属条将阻隔电磁波的传播，从而降低器件的透过率，顶部的金属亚波长谐振环结构能在某一特定频率实现透过系数，反射系数的振幅和相位，从而与底部金属层的反射波产生相消干涉，实现反射率的降低。但是这种吸收材料在制备过程中需要多步光刻以及对准，研制相对复杂，对于特定频率的电磁波，其最大吸收率达到了70％。

随后，Tao等提出了一种改进型的基于超材料的电磁波吸收器，与第一种吸收器的区别是其底层的金属条变成了连续金属薄膜。这种器件因为引入了连续金属薄膜作为底层，电磁波不能够穿过整个材料，使得这种吸收器对0°～50°角入射的电磁波均具有90％以上的强吸收。在此之后，以连续金属薄膜为底层的三层式结构成为超材料吸收器最常用的结构。

一般的太赫兹宽频吸收器都是通过电磁超材料结构的周期排列而实现，通过合理的设计太赫兹功能器件的物理尺寸以及材料的参数，能够与入射的电磁波的电磁分量产生耦合，进而对于入射到吸收器的特定频带内的电磁波实现100％的吸收。一般来说，电磁超材料在太赫兹频段的特征尺寸较小，因而无法使用精密机械加工，或是薄膜蒸镀加工，所以这使得在太赫兹频段下的多层超材料结构的堆叠几乎难以实现。虽然，电磁超材料的太赫兹吸器器件已经取得了较大的进展，但吸收率低、频带窄、造价高等一系列问题，很大的限制了其在实际应用范围。

发明内容

本发明是为解决上述问题而进行的，采用了如下技术方案：

本发明提供了一种超宽频太赫兹波减反构件，具有这样的特征：该超宽频太赫兹波减反构件的折射率的范围为1.2～3.5，由多层折射率顺序变化的复合材料层组成。复合材料层自靠近衬底的一层开始，折射率逐渐减小。

本发明提供的超宽频太赫兹波减反构件，还可以具有这样的特征：包含一层折射率为1.2～1.5的低折射率复合材料层，以及至少一层折射率为1.5～3.5的高折射率复合材料层，优选5层，每层高折射率复合材料层的厚度优选为100～250μm。

本发明提供的超宽频太赫兹波减反构件，还可以具有这样的特征：低折射率复合材料层由中空的纳米或微米小球与高分子聚合物复合而成；高折射率复合材料层由氧化钛粉、氧化锆粉、硅粉中的任意一种与高分子聚合物复合而成，所述五层高折射率复合材料层中的氧化钛粉、氧化锆粉或硅粉的质量分数不同。其中，中空的纳米或微米小球为中空聚苯乙烯球或中空石英球；高分子聚合物为聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚环烯烃(COP)、聚氨酯(PU)、聚酰亚胺(PI)、环氧树脂中的任意一种。

进一步的，本发明还提供了一种超宽频太赫兹波吸收器，由低阻硅片，以及固定于该低阻硅片上超宽频太赫兹波减反构件构成。其中，超宽频太赫兹波减反构件为上所述的超宽频太赫兹波减反构件。低阻硅片的厚度不小于300μm，超宽频太赫兹波减反构件的厚度为1mm。